增温条件下不同土壤粒级有机碳和全氮的分布

[目的]分析气温上升后土壤养分的变化情况,为今后应对全球变暖提供数据支持。[方法]以中国华北平原的耕地褐土为材料,采用沉降虹吸法,研究在增温条件下土壤3个粒级有机无机复合体组成以及有机碳和全氮的变化情况。[结果]土壤有机无机复合体分布在增温条件下没有明显变化。有机碳含量增加而全氮含量降低。从不同粒级来看,3种粒级的有机碳含量都有增加,而全氮含量在个别小粒级会有所增加而砂粒的全氮含量变化不明显。土壤碳氮比比较稳定。有机碳分配有往大粒级转移的趋势,而全氮分布未表现出明显规律。[结论]增温在一定程度上加速有机质分解使得土壤有机碳含量上升,在较小粒级上更加明显。而全氮含量因为反矿化等作用会出现下降,但是相比对照组有增长。     

城市不同功能区绿地土壤微生物量碳氮及溶解性碳氮分布特征及影响因素

为研究城市功能分区对绿地土壤活性碳氮的影响,选择合肥市不同功能区(老商业区、老工业区、居民服务区、近郊森林公园)绿地土壤为研究对象,分析了土壤微生物量碳氮(MBC、MBN)、溶解性碳氮(DOC、DON)、有机碳(SOC)、全氮(TN)以及土壤基本理化性质的差异及其相互关系。结果表明,功能区类型对土壤微生物量碳氮及溶解性碳氮影响显著(P0.05),且0~30 cm土层含量均为近郊森林公园高于城区内各功能区。土层厚度对MBC、DOC、DON含量影响显著,MBC、DON在各功能区中均随土层深度增加而递减,森林公园MBN、DOC均为10~20 cm含量最高。不同功能区MBC/MBN在6~14间波动,以此预测本研究范围内土壤微生物可能以真菌和放线菌为主,细菌较少。本研究未证实DOC与MBC、MBC与DON、DON与MBN间的相关性,MBC+DOC、MBN+DON比MBC、DOC、DON、MBN更能反应土壤活性碳氮库与土壤微生物量。总体来说,相比城区内各功能区,近郊森林公园更利于土壤生物量碳氮及溶解性有机碳氮的积累。     

模拟氮沉降对湿性常绿阔叶次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响

为了研究氮沉降对次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响,以华西雨屏区湿性常绿阔叶次生林为对象,从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验,分别设置对照(CK,+0 g/(m^2·a))、低氮(LN,+5 g/(m^2·a))和高氮(HN,+15 g/(m^2·a))3个氮添加水平。在氮沉降进行27个月后,按照腐殖质层和淋溶层表层进行取样,测定不同土层土壤总有机碳(TOC)、可浸提溶解性有机碳(EDOC)、易氧化碳(ROC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_3^-—N)和铵态氮(NH_4^+—N)含量以及蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性。结果表明:模拟氮沉降显著增加该次生林腐殖质层土壤的TOC和NH_4^+—N含量,显著增加腐殖质层和淋溶层表层土壤的NO_3^-—N含量,腐殖质层土壤C/N显著升高。淋溶层表层土壤TOC、NH_4^+—N、C/N以及2层土壤的EDOC、ROC、TN和NH_4^+—N/NO_3^-—N均无显著影响。2层土壤的多酚氧化酶活性均随着氮添加量的升高而降低,其中淋溶层表层达到显著差异。模拟氮沉降对蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均无显著影响。腐殖质层中,NH_4^+—N和NO_3^-—N含量与TOC含量存在极显著正相关关系。2层土壤的多酚氧化酶活性均与NO_3^-—N含量呈极显著负相关。结果说明,模拟氮沉降使该次生林中原本较高的腐殖质层土壤TOC含量进一步显著增加,并且促进土壤无机氮的积累,而模拟氮沉降对多酚氧化酶的抑制作用更加有利于土壤有机质的积累。     

模拟氮沉降对杉木人工林土壤可溶性有机碳和微生物量碳的影响

在杉木人工林中开展模拟氮沉降试验,设计N0(对照)、N1(60kg N/hm2.a)、N2(120kg N/hm2.a)和N3(240kg N/hm2.a)4种氮沉降水平。通过连续7年的处理后,研究外加氮源对土壤可溶性有机碳及微生物量碳的影响及与土壤酶活性的关系。相同N沉降处理下,土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳均随土层加深而降低。氮沉降对土壤有机碳具有促进作用,中-低氮沉降(N1、N2)增加幅度大,高氮沉降(N3)增加幅度小。低氮(N1)处理促进土壤微生物生物量C增加,而中、高氮(N2、N3)则抑制;各氮沉降处理土壤可溶性有机碳含量从高到低的顺序为:N3、N2>N1>N0。40-60cm土壤微生物量碳与蔗糖酶、纤维素酶呈极显著正相关关系,与淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶呈极显著负相关关系;除40-60cm土层的β-葡糖苷酶外,各层土壤可溶性有机碳与土壤蔗糖酶、纤维素酶和β-葡糖苷酶活性呈极显著正相关关系,与淀粉酶、多酚氧化酶和过氧化物酶呈极显著负相关关系。因此,氮沉降增加将会对土壤碳累积与分解过程产生较大的影响。     

模拟氮沉降对华北落叶松人工林土壤微生物碳和微生物氮的动态影响

为揭示过量的大气氮沉降对华北落叶松人工林土壤微生物碳、氮和土壤呼吸的影响,通过对照(N0:0 g/(m^2·a))、轻度施氮(N1:8 g/(m^2·a))、重度施氮(N2:15 g/(m^2·a))3个外源施氮水平下5年的野外定点试验和观测,模拟过量氮沉降条件下华北落叶松人工林土壤微生物碳、氮和土壤呼吸的变化,旨在阐明林下土壤微生物和呼吸对过量氮沉降的响应及其对土壤碳氮循环的影响。结果表明:在5-10月生长季中,土壤微生物碳和氮的平均含量分别为1 098.93,97.31 mg/kg,二者都随土层深度的增加呈下降趋势;轻度施氮促进土壤微生物碳和氮的增加,重度施氮抑制土壤微生物碳和氮的增加;土壤微生物碳和微生物氮从生长初期5月起,5-7月呈增加趋势,7月出现峰值,8月降低,9-10月小幅增加,呈现N形曲线。土壤微生物碳氮比为4.94~18.54,且随施氮量增加而减小。各氮处理下,华北落叶松人工林土壤呼吸速率5,6月较低,7-8月持续增加,并在8月达到最高,9-10月逐渐降低。相关分析表明,土壤呼吸与土壤全氮、含水量、微生物碳和微生物氮含量呈极显著正相关关系,与土壤有机质呈显著正相关关系。在全球变化背景下,研究结果可为进一步明确过量大气氮沉降对森林生态系统碳氮循环的影响途径和机制研究提供重要参考。     

有机肥对棕壤不同粒级有机碳和氮的影响

采集棕壤长期肥料定位试验站不施肥和施用不同用量有机肥的土壤,通过超声波分散—离心分离得到细黏粒(<0.2μm)、粗黏粒(0.2～2μm)、粉粒(2～53μm)、细砂粒(53～250μm)和粗砂粒(250～2000μm)5个颗粒级别后,分析全土及不同粒级中土壤有机碳和氮并进行含量与分布的比较。结果表明,有机质主要分布于黏粒级中,其含量占全土有机碳的42.8%、全氮的58.3%,碳氮比随着粒级的增加而逐渐增大,表明氮易于在小粒级中富集。长期施用有机肥后,全土及各粒级有机碳和氮含量均有显著增加;砂粒级中有机碳和氮的富集系数升高,黏粒级中富集系数降低,粉粒级和砂粒级中的碳氮比降低。增加有机肥的用量加强了全土和各粒级对有机碳和氮的积累,同时加强了粉粒级和砂粒级碳氮比降低的程度。     

土壤不同粒级中C、N、P、K的分配及N的有效性研究

本试验首先把７种采自不同省份的耕作土壤进行物理分级,然后测定了土壤Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ在不同粒级中的分布,同时还进行不同粒有中Ｎ的有效笥研究。结果表明：在不同粒级中Ｃ、Ｎ含量和分布均随土壤颗粒的加粗而逐渐下降,血Ｃ／Ｎ比则与此相反。在〈２μｍ粒级中Ｎ的有效性最高,随着土壤颗粒粒和戏的加粗有效性逐渐降低,在酸性土壤中Ｐ主要分布在较细的粒级中,而在石灰性土壤中则粗有效性逐渐降低。在酸性土壤中Ｐ主要分布在较细     

长期氮沉降和地上凋落物处理对半干旱区沙质草地表层土壤碳氮组分的影响

为揭示半干旱区沙质草地生态系统中表层土壤C、N组分对长期氮添加和地上凋落物处理的响应特征,以科尔沁沙地西南部国家野外科学观测研究站建立的长期(9年)氮添加和凋落物处理样地为平台,测定并分析该样地表层土壤环境因子、铵态氮、硝态氮、总有机碳、不同碳氮组分。结果表明:(1)持续9年的氮添加和地上凋落物处理对表层土壤环境因子和不同碳氮组分无交互作用;(2)氮添加处理显著降低土壤pH(p<0.01),增加土壤中硝态氮的含量(p<0.05),其增长幅度为37.57%,并显著增加溶解性有机氮(DON)和易变活性氮(LON)的含量(p<0.01,p<0.05);(3)地上凋落物去除显著降低土壤总有机碳(TOC)、易变缓性碳(IOC)、微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量(p<0.05);(4)经过9年氮添加和地上凋落物处理,半干旱区沙质草地表层土壤中不同碳氮组分与土壤环境因子间相关性并不密切。即长期氮添加和地上凋落物处理会改变表层土壤不同碳、氮组分的含量,但并未显著改变各碳、氮组分的比值。研究结果为揭示长期氮添加和地上凋落物处理对半干旱区沙质草地土壤C、N贮存和预测未来土壤生物地球化学元素动态研究提供参考资料。     

氮沉降对杉木人工林土壤团聚体及其有机碳分布的影响

在杉木人工林中开展模拟氮沉降实验,设计N0(对照)、N1(60 kg/hm2)、N2(120 kg/hm2)和N3(240kg/hm2)4种氮沉降水平,通过对杉木人工林进行8年模拟氮沉降试验后,研究土壤水稳性团聚体及其有机碳的响应.结果表明:1～0.5 mm粒径水稳性团聚体含量在各氮沉降处理占总水稳性团聚体的比例均最大,＜0.053 mm粒径的含量最小.各级团聚体含量从高到低依次为1～0.5 mm,＞2 mm,2～1 mm,0.5～0.25 mm,0.25～0.053mm,＜0.053mm.与对照(N0)相比,中低氮处理(N1、N2)提高了水稳性大团聚体(＞0.25 mm)的含量以及团聚体平均重量直径,而高氮处理(N3)表现出一定的抑制作用.各氮沉降处理中,＞2 mm粒径的团聚体有机碳含量最高,但处理间差异不显著.土壤水稳性团聚体有机碳储量在氮沉降处理下有所增加,以低氮处理(N1)最高,说明氮沉降增加在一定程度上促进了土壤的固碳潜力.     

有机物料输入稻田提高土壤微生物碳氮及可溶性有机碳氮

土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮是土壤碳、氮库中最活跃的组分,是反应土壤被干扰程度的重要灵敏性指标,通过设置相同有机碳施用量下不同有机物料处理的田间试验,研究了有机物料添加下土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon,MBC）、氮（soil microbial biomass nitrogen,MBN）和可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、氮（dissolved organic nitrogen,DON）的变化特征及相互关系。结果表明化肥和生物碳、玉米秸秆、鲜牛粪或松针配施下土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮显著大于不施肥处理（no fertilization,CK）和单施化肥处理,分别比不施肥处理和单施化肥平均高23.52%和12.66%（MBC）、42.68%和24.02%（MBN）、14.70%和9.99%（DOC）、22.32%和21.79%（DON）。化肥和有机物料配施处理中,化肥+鲜牛粪处理的微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮最高,比CK高26.20%（MBC）、49.54%（MBN）、19.29%（DOC）和32.81%（DON）,其次是化肥+生物碳或化肥+玉米秸秆处理,而化肥+松针处理最低。土壤可溶性有机碳质量分数（308.87 mg/kg）小于微生物量碳（474.71 mg/kg）,而可溶性有机氮质量分数（53.07 mg/kg）要大于微生物量氮（34.79 mg/kg）。与不施肥处理相比,化肥和有机物料配施显著降低MBC/MBN和DOC/DON,降低率分别为24.57%和7.71%。MBC和DOC、MBN和DON随着土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）、全氮（total nitrogen,TN）的增加呈显著线性增加。MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC和DON+MBN之间呈极显著正相关（P<0.01）。从相关程度看,DOC+MBC和DON+MBN较MBC、DOC、MBN、DON更能反映土壤中活性有机碳和氮库的变化,成为评价土壤肥力及质量的更有效指标。结果可为提高洱海流域农田土壤肥力,增强土壤固氮效果,减少土壤中氮素流失,保护洱海水质安全提供科学依据。     

春季解冻过程对2种温带森林土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的影响

为了研究春季土壤冻融过程对碳氮周转的影响,以长白山地区2种森林土壤为研究对象,利用原位培养连续取样法,测定和分析了土壤微生物量碳(MC)、氮(MN)和可溶性有机碳(DOC)、氮(DON)在春季解冻期间的含量动态变化。结果表明:土壤解冻过程中,2种林型土壤微生物量碳、氮的时间变化动态不同,且土壤微生物量碳、氮表现出明显的垂直空间异质性,0—10cm土层土壤微生物量氮显著高于10—20cm土层。除个别时期外,0—10cm土层土壤微生物量碳亦显著高于10—20cm土层土壤。解冻过程中,2种林型0—10cm土层土壤DOC含量时间变化动态基本一致,而红松阔叶林10—20cm土层土壤最大DOC释放量早于次生白桦林。2种林型DOC释放过程集中于解冻中后期。解冻期2种林型土壤DON时间变化动态表现一致,最大土壤DON释放量出现在解冻中后期。解冻期2种林型土壤DON存在明显的垂直空间分布特征,0—10cm土层土壤DON含量显著高于10—20cm土层。     

科尔沁沙地沙漠化过程中土壤碳氮特征分析

对科尔沁沙地不同沙漠化阶段土壤有机碳、全氮含量、土壤质地以及碳氮密度进行了测定与分析。结果表明,沙漠化过程中不同阶段的特征体现在土壤碳、氮、颗粒组成的有规律变化,土壤碳、氮含量衰减,质地变粗;从潜在沙漠化阶段到严重沙漠化阶段,100 cm深土壤有机碳和全氮含量分别下降91.6%和85.8%,有机碳密度从4 877.9(C)g/m2下降到481.8(C)g/m2,全氮密度从518.0(N)g/m2下降到89.4(N)g/m2;土壤有机碳、全氮与土壤细颗粒组分(<0.1mm)含量之间表现为同增同减性;沙漠化初期有机碳、氮衰减速率要快于沙漠化后期;沙漠化过程中土壤C/N比呈递减趋势,土壤有机碳衰减速率要快于全氮。     

科尔沁沙地不同草地利用方式下土壤粒度和有机碳分布特征

[目的]探讨不同草地利用方式下粒度与有机碳含量及相关性,揭示草地退化过程当中土壤有机碳的损失速率,为科尔沁沙地生态环境恢复治理提供科学依据。[方法]以科尔沁沙地乌力吉木伦河流域流动和半固定风沙土为研究对象,对流域内围封草地、不同退化程度的盐碱化样地和人工种植牧草样地等不同草地利用方式下粒度与有机碳含量及相关性进行了探索研究。[结果]围封措施在控制土壤侵蚀和提高土壤有机碳含量方面均起到显著的作用;流域内0—20 cm土层各样地粒度组成以粉粒和砂粒为主,由于翻耕的因素,燕麦和苜蓿样地表层土壤粗粒化明显且比其他样地具有更高的峰值和中值粒径;研究区内100μm粒径左右颗粒为易受侵蚀颗粒;土壤中小于100μm颗粒组分每被吹蚀1%,其有机碳含量将损失0.120 4 g/kg。[结论]在丘间平地分布的盐碱化草甸土地,根据实际情况结合围封措施和种植牧草能防止土壤侵蚀且有效提高有机碳含量。     

武夷山不同海拔典型森林土壤有机碳和全氮储量分布特征

为探究武夷山森林土壤碳氮储量的分布特征,以武夷山国家公园不同海拔高度(600,1 000,1 400 m)的典型森林土壤为研究对象,研究土壤有机碳和全氮含量及储量随海拔高度的变化规律,分析了影响土壤有机碳和全氮储量变化的因子。结果表明:随着海拔的升高,土壤有机碳和全氮的含量在0—5 cm土层和5—10 cm土层变化规律不同,5—10 cm土层的土壤碳氮含量随海拔变化趋势更为明显,而0—5 cm土层的土壤碳氮含量表现为1 000 m海拔较高; 海拔1 000 m的土壤C/N明显高于海拔1 400 m和600 m; 在土壤有机碳和全氮储量方面,1 400 m明显高于1 000 m和600 m,且高海拔区域土壤碳氮储量的变化幅度显著大于低海拔区域,两土层间差异不显著; 相关分析和RDA分析表明细根C/N和土壤温度是影响土壤有机碳和全氮储量的主导因子。综上所述,土壤有机碳和全氮的分布随海拔升高并非线性增长,受到气候、植被特征及土壤状况的综合影响,高海拔地区土壤碳氮储量对气候变化的响应更为敏感。     

荒漠草原表层土壤有机碳粒径组分及碳库管理指数特征

以探讨荒漠草原表层土壤粒径分布分形、不同粒径有机碳含量、碳库管理指数特征及其关系为目的,通过野外调查选取宁夏回族自治区盐池县花马池镇荒漠草原柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)、短花针茅(Stipa breviflora)、蒙古冰草(Agropyron mongolicum)4种典型植被作为研究对象,采集典型植被冠下和丛间2种生境下表层(0—5 cm)土壤,分析不同植被表层土壤不同粒径有机碳含量、土壤碳库动态变化特征及其相关性。结果表明：(1)4种典型植被土壤粒径呈“单峰”型分布趋势,土壤颗粒主要集中分布于2～250μm粒径,分形维数(D)为2.56～2.63,100～500μm颗粒含量是植被间差异显著的主要原因。(2)4种典型植被冠下有机碳含量大于丛间有机碳含量,>250μm粗砂粒组分有机碳含量最高,不同粒径组分有机碳含量在灌丛和草本植被间差异显著(p<0.05)。(3)4种典型植被土壤TOC、AOC含量均表现为冠下大于丛间,TOC在不同群落间差异显著,灌木群落冠下碳库活度(A)和碳库管理指数(CPMI)相...     

不同海拔高度下梵净山土壤碳、氮、磷分布特征

为探明梵净山地区海拔高度与土壤性质间的关系,在不同海拔高度采集不同深度土层土样,测定土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷含量。结果表明:在不同采样深度下,随着土层深度的增加,土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷以及碳氮比、碳磷比和氮磷比均逐渐下降。在不同海拔高度下,受气候、生物和地形等因素的影响,0—20cm层土壤中有机质、碱解氮含量与海拔高度显著相关,有机质含量随海拔的增加呈先增加后下降的趋势,在海拔1 450m达到最大值,碱解氮含量随海拔的增加而增加;20—40cm层土壤各项指标与海拔高度相关度不紧密;40—60cm层土壤中,有机质、全氮含量、碳磷比、氮磷比与海拔高度显著相关,均随海拔的增加而增加。     

稻秸的不同组分对水稻土微生物量碳氮及可溶性有机碳氮的影响

为探明稻秸(稻草)及其不同组分(腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸)对红黄泥水稻土微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)含量的影响。通过室内恒温培养试验,研究了长期淹水条件下,添加稻秸及其组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响。结果表明,与对照(S处理)相比,添加稻秸(RS+S处理)、腐解稻秸(DRS+S处理)和去活稻秸(NARS+S处理)均提高了MBC,提高幅度分别为11.17%(p0.01),1.83%和6.25%(p0.05),添加可溶性有机物(DOM+S处理)处理降低了MBC,降低幅度为2.67%;RS+S处理提高了MBN,提高幅度为15.29%,DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均降低了MBN,降低幅度分别为15.19%,3.09%和15.92%。与S处理相比,RS+S、DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均极显著提高了红黄泥DOC(p0.01),提高幅度依次分别为13.33%,10.88%,6.81%和11.41%;RS+S、DRS+S和DOM+S处理均显著提高了红黄泥DON(p0.05),NARS+S处理极显著提高了红黄泥DON(p0.01),提高幅度依次分别为6.96%,10.84%,10.12%和13.41%。与S处理相比,DRS+S和NARS+S处理极显著提高了MBC/MBN,RS+S处理显著降低了MBC/MBN,DOM+S处理对MBC/MBN几乎没有影响;各处理对DOC/DON没有显著影响。稻秸及其不同组分对红黄泥水稻土MBC、MBN、DOC和DON含量的影响基本一致,但影响程度存在差异,稻秸和去活稻秸影响较大。结果可为稻秸及其不同组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响机理提供基础数据,进一步揭示稻田土壤速效养分的来源与转化关系,为农业生产中秸秆的科学利用和稻田土壤肥力定向培育提供科学依据。     

Water, Salt and Heat Influences on Carbon and Nitrogen Dynamics in Seasonally Frozen Soils in Hetao Irrigation District, Inner Mongolia, China

To investigate carbon (C) and nitrogen (N) dynamics in seasonally frozen soils under saline and shallow groundwater supply conditions, in-situ lysimeter experiments with different groundwater table depths (WTD=1.8 and 2.2 m) were conducted in Inner Mongolia, China during the wintertime of 2012-2013. Changes in soil organic C and total N in multiple layers during various periods, as well as their relationships with soil water, salt, and heat dynamics were analyzed. Accumulation of soil organic C and total N during freezing periods was strongly related to water and salt accumulation under temperature and water potential gradients. Water and salt showed direct influences on soil C and N dynamics by transporting them to upper layer and changing soil microbial activity. Salt accumulation in the upper layer during freezing and thawing of soil affected microbial activity by lowering osmotic potential, resulting in lower C/N ratio. Nitrogen in soil tended to be more mobile with water during freezing and thawing than organic C, and the groundwater table also served as a water source for consecutive upward transport of dissolved N and C. The changes in C and N in the upper 10 cm soil layer served as a good sign for identification of water and salt influences on soil microbial activity during freezing/thawing.